JP6718714B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、基板の主面を処理する基板処理方法および基板処理装置に関する。処理の対象となる基板には、たとえば、半導体ウエハ、液晶表示装置用基板、プラズマディスプレイ用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板、セラミック基板、太陽電池用基板などが含まれる。
半導体装置の製造工程では、工程間における、半導体ウエハ等の基板の洗浄処理が不可欠である。基板を一枚ずつ洗浄する枚葉型の基板処理装置は、たとえば、基板をほぼ水平に保持しながら回転させるスピンチャックと、このスピンチャックによって保持されて回転されている基板の主面(たとえば上面)をスクラブするスポンジ状の洗浄ブラシと、スピンチャックによって保持されて回転されている基板に洗浄薬液を供給するノズルとを含む。
洗浄処理は、薬液のエッチング作用を利用して半導体ウエハ主面の異物を除去する処理を含む。下記特許文献1に記載のように、洗浄薬液としてSC1(アンモニア過酸化水素水混合液)を用いて、シリコン基板からなる基板を処理する場合、SC1に含まれる過酸化水素成分の酸化作用により基板の主面が酸化されて、当該主面にシリコン酸化膜が形成する。そして、SC1に含まれるアンモニア成分によって、基板の主面のシリコン酸化膜が当該主面に付着している異物ごと除去される。加えて、基板の主面を洗浄ブラシでスクラブすることにより、基板の主面に付着している異物を効果的に除去できる。
特開2006−278957号公報
しかしながら、洗浄薬液としてSC1を用いる場合、酸化力の比較的弱い過酸化水素水で基板の主面を酸化するために、基板の主面に形成される酸化膜の量は少ない。すなわち、SC1によるエッチング性能(異物除去性能)はそれほど高くない。この場合、洗浄ブラシによる当該主面のスクラブを、SC1の供給と並行して行っても、洗浄効率は低い。したがって、洗浄対象の基板の主面に、大量の異物等が付着している場合には、当該主面を洗浄するのに長時間を要し、スループットが悪いという問題がある。
そのため、本願発明者らは、洗浄薬液として、フッ酸にオゾンを溶解させたフッ酸オゾン溶液を用いることを検討している。
しかしながら、疎水化作用を有するフッ酸を含む薬液を洗浄薬液として用いる場合、当該薬液に含まれるフッ酸の働きによって基板の主面が疎水化されるおそれがある。基板の主面が疎水性を呈している状態で当該主面にブラシが当接されると、洗浄ブラシにより掻き取られた異物が基板の主面に再付着するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、洗浄ブラシを介した異物の再付着を抑制または防止しながら、フッ酸オゾン溶液を用いて基板の主面を効率良く洗浄できる、基板処理方法および基板処理装置を提供することである。
の発明の一実施形態は、基板保持手段(5)に基板(W)を保持させる基板保持工程と、前記基板保持手段に保持されている前記基板の一方主面(Wb)に、フッ酸溶液にオゾンが溶解したオゾン含有フッ酸溶液を供給するオゾン含有フッ酸溶液供給工程(T6)と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に、前記基板の前記一方主面に洗浄ブラシを接触させることにより、当該一方主面を洗浄するブラシ洗浄工程(T9)と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後前記ブラシ洗浄工程の開始に先立って、または前記ブラシ洗浄工程に並行して、前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するオゾン水供給工程(T7)を含む、基板処理方法を提供する。
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この方法によれば、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後ブラシ洗浄工程の開始に先立って、またはオゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に行われるブラシ洗浄工程に並行して、基板の一方主面にオゾン水を供給する。
オゾン含有フッ酸溶液供給工程では、基板の一方主面にオゾン含有フッ酸溶液が供給され、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの酸化作用により基板の一方主面に酸化膜が形成される。また、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸の酸化膜エッチング作用により、基板の一方主面に形成された酸化膜が当該一方主面から剥離(リフトオフ)される。これにより、基板の一方主面に付着または形成されている異物(パーティクル、不純物、当該一方主面の剥れ等)を除去したり、基板の一方主面に形成されている傷(欠け、凹み等)を除去したりできる。酸化力の強いオゾンを用いるから基板の一方主面に多量の酸化膜を形成でき、これにより、多量の酸化膜を基板の一方主面から剥離できる。これにより、基板の一方主面の異物および/または傷を効率良く除去できる。
オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に実行されるブラシ洗浄工程では、基板の一方主面に洗浄ブラシが当接されられることにより、剥離された異物が洗浄ブラシにより掻き取られる。これにより、剥離後の酸化膜および異物を基板の一方主面から除去できる。
一方、オゾン含有フッ酸溶液供給工程では、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸によって、基板の一方主面が疎水化されるおそれがある。前記オゾン含有フッ酸溶液はフッ酸溶液を溶媒としているため、そのフッ酸濃度が低いこと、およびオゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの親水化作用により、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸による、基板の一方主面の疎水化は抑制されるものの、基板の一方主面に供給されるオゾン含有フッ酸溶液の供給流量や濃度によっては、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一方主面の少なくとも一部が疎水性を呈するおそれがある。したがって、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に引き続いてブラシ洗浄工程を行うと、洗浄ブラシにより掻き取られた異物が基板の一方主面に再付着するおそれがある。
しかしながら、本発明では、ブラシ洗浄工程の開始に先立ってまたはブラシ洗浄工程に並行して行われるオゾン水供給工程で、基板の一方主面にオゾン水が供給される。そのため、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一部が疎水性を呈していても、その後にオゾン水供給工程を行うことにより、当該疎水性を呈していた領域を親水化できる。
したがって、基板の一方主面の全域が親水化された状態でブラシ洗浄工程を行うことができる。これにより、洗浄ブラシを介した、基板の一方主面への異物の再付着を防止できる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン水供給工程は、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後前記ブラシ洗浄工程の開始に先立って前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給する工程(T7)を含む。
この方法によれば、基板の一方主面の全域が親水化された状態でブラシ洗浄工程を開始することができる。これにより、基板の一方主面への異物の再付着を、より確実に防止できる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程は、前記基板保持手段に保持されている前記基板の一方主面の中央部に向けてオゾン含有フッ酸溶液を吐出する工程を含む。そして、前記基板処理方法は、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程に並行して、前記基板を所定の回転軸線(A1)まわりに回転させる基板回転工程(T5)をさらに含む。
この方法によれば、基板の一方主面の中央部に供給されたオゾン含有フッ酸溶液は、基板の回転による遠心力を受けて、基板の一方主面を外周部に向けて放射状に広がる。そのため、基板の一方主面の全域にオゾン含有フッ酸溶液を行き渡らせることができ、換言すると、基板の一方主面の全域にフッ酸およびオゾンを行き渡らせることができる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン水供給工程は、前記基板の前記一方主面の中央部に向けてオゾン水を吐出する中央部オゾン水吐出工程(T7)を含む。
この方法によれば、基板の一方主面の中央部に供給されたオゾン水は、基板の回転による遠心力を受けて、基板の一方主面を外周部に向けて放射状に広がる。そのため、基板の一方主面の全域にオゾン水を行き渡らせることができ、換言すると、基板の一方主面の中央部だけでなく、基板の一方主面の外周部を親水化できる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン水供給工程は、前記基板の前記一方主面の外周部に向けてオゾン水を吐出する外周部オゾン水吐出工程を含む。
この方法によれば、基板の一方主面の外周部に向けて吐出されたオゾン水は、基板の回転により、基板の一方主面の外周部の全域に供給される。これにより、基板の一方主面の外周部を効率良く親水化でき、これにより、ブラシ洗浄工程における、基板の一方主面への異物の再付着を抑制または防止できる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン水供給工程において前記基板の前記一方主面に供給される前記オゾン水のオゾン濃度は、50ppm以上である。
この方法によれば、オゾン水供給工程において供給されるオゾン水のオゾン濃度が50ppm以上であるので、基板の一方主面を良好に親水化できる。これにより、基板の一方主面の全域が親水化された状態で、ブラシ洗浄工程を行うことができる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程と並行して、他方主面(Wa)への前記オゾン含有フッ酸溶液の回り込みを防止または抑制すべく、前記他方主面に保護流体を供給する保護流体供給工程(T4)をさらに含んでいてもよい。
この方法によれば、基板のデバイス形成面に供給される保護流体によって、基板のデバイス形成面を保護できる。したがって、基板の他方主面を保護しながら、基板の一方主面に対し、オゾン含有フッ酸溶液および洗浄ブラシを用いた洗浄処理を施すことができる。
この発明の一実施形態では、前記保護流体供給工程において前記他方主面に供給された保護流体が流れる流路が、前記基板保持手段に保持されている前記基板の外周部において絞られている。
この発明の一実施形態では、前記基板は半導体基板(W)を含む。そして、前記基板の前記他方主面は、デバイスを形成するためのデバイス形成面(Wa)であり、前記基板の前記一方主面は、前記デバイスが形成されないデバイス非形成面(Wb)である。
この方法によれば、基板のデバイス形成面を保護しながら、基板のデバイス非形成面に対し、オゾン含有フッ酸溶液および洗浄ブラシを用いた洗浄処理を施すことができる。これにより、デバイス非形成面に付着または形成されている異物や当該デバイス非形成面に形成されている傷を除去できる。
記デバイス形成面はメタル層(M)を含んでいてもよい。
この発明の一実施形態では、前記保護流体供給工程は、前記他方主面に保護気体を供給する保護気体供給工程(T4)を含む。
この方法によれば、他方主面に保護気体が供給される。他方主面がデバイス形成面である(とくに、前記デバイス形成面が水処理を嫌うメタル層を含む)場合に、当該他方主面に水を供給することなく、当該他方主面を保護できる。
この場合、オゾン含有フッ酸溶液の供給流量が多いと、基板の他方主面に形成される保護気体の気流に逆らって、オゾン含有フッ酸溶液が他方主面に回り込むおそれがある。そのため、オゾン含有フッ酸溶液供給工程におけるオゾン含有フッ酸溶液の供給流量には制約がある。
オゾン含有フッ酸溶液供給工程におけるオゾン含有フッ酸溶液の供給流量に制約がある状況では、当該オゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの量が少なく、そのため、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一方主面の少なくとも一部が疎水性を呈するおそれがある。
とくに、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程が前記基板の一方主面の中央部に向けてオゾン含有フッ酸溶液を吐出する工程を含み、かつ、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程に並行して前記基板を所定の回転軸線まわりに回転させる場合には、オゾン含有フッ酸溶液供給工程中に、基板の一方主面の外周部にまでオゾンが届かない。この場合、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了時に、当該一方主面の外周部が疎水性を呈する。
しかしながら、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一部が疎水性を呈していても、その後にオゾン水供給工程を行うことにより、当該疎水性を呈していた領域が親水性に変わる。したがって、基板の一方主面の全域が親水化された状態で、ブラシ洗浄工程を行うことができる。これにより、保護気体の供給により基板の他方主面を保護する場合において、オゾン含有フッ酸溶液の他方主面への回り込みを防止しながら、洗浄ブラシを介した、基板の一方主面への異物の再付着を防止できる。
この発明の一実施形態では、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程における前記オゾン含有フッ酸溶液の吐出流量は、0.5(リットル/分)以上1.0(リットル/分)以下であることが好ましい。この場合、基板の他方主面へのオゾン含有フッ酸溶液の回り込みを防止できる。また、当該吐出流量は、0.8(リットル/分)以下であることがさらに好ましく、この場合、基板の他方主面へのオゾン含有フッ酸溶液の回り込みを、より一層確実に防止できる。
この発明の一実施形態では、前記基板保持工程は、前記基板を水平姿勢に保持させる工程を含み、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程は、前記基板の上面に前記オゾン含有フッ酸溶液を吐出する工程を含み、前記ブラシ洗浄工程は、前記基板の前記上面を洗浄する工程を含む。
この方法によれば、オゾン含有フッ酸溶液供給工程において、基板の上面に対し、オゾン含有フッ酸溶液および洗浄ブラシを用いた処理を施すことができる。
この発明の一実施形態では、前記基板の前記一方主面は、シリコン成分を含むシリコン含有面を含む。
この方法によれば、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの酸化作用により基板の一方主面にシリコン酸化膜が形成される。また、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸の酸化膜エッチング作用により、基板の一方主面に形成されたシリコン酸化膜が当該一方主面から剥離される。これにより、基板の一方主面に付着または形成されている異物(パーティクル、不純物、当該一方主面の剥れ等)を除去したり、基板の一方主面に形成されている傷(欠け、凹み等)を除去したりできる。酸化力の強いオゾンを用いるから基板の一方主面に多量のシリコン酸化膜を形成でき、これにより、多量のシリコン酸化膜を基板の一方主面からリフトオフできる。これにより、基板の一方主面の異物および/または傷を効率良く除去できる。
この発明の一実施形態では、前記基板の前記一方主面は、チタンナイトライドを含むチタンナイトライド含有面を含んでいてもよい。
この発明の一実施形態では、基板(W)を保持する基板保持手段(5)と、前記基板保持手段に保持されている前記基板の一方主面(Wb)に、フッ酸溶液にオゾンが溶解したオゾン含有フッ酸溶液を供給するためのオゾン含有フッ酸溶液供給ユニット(6,7)と、前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するためのオゾン水供給ユニット(6,7)と、前記一方主面に接触して当該一方主面を洗浄するための洗浄ブラシ(10)と、前記洗浄ブラシを駆動するための洗浄ブラシ駆動ユニット(11)と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給ユニット、前記オゾン水供給ユニットおよび前記洗浄ブラシ駆動ユニットを制御して、前記基板の前記一方主面に前記オゾン含有フッ酸溶液を供給するオゾン含有フッ酸溶液供給工程(T6)と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に、前記基板の前記一方主面に前記洗浄ブラシを接触させることにより、当該一方主面を洗浄するブラシ洗浄工程(T9)と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後前記ブラシ洗浄工程の開始に先立って、または前記ブラシ洗浄工程に並行して、前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するオゾン水供給工程(T7)とを実行する制御ユニット(3)を含む、基板処理装置(1)を提供する。
この構成によれば、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後ブラシ洗浄工程の開始に先立って、またはオゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に行われるブラシ洗浄工程に並行して、基板の一方主面にオゾン水を供給する。
オゾン含有フッ酸溶液供給工程では、基板の一方主面にオゾン含有フッ酸溶液が供給され、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの酸化作用により基板の一方主面に酸化膜が形成される。また、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸の酸化膜エッチング作用により、基板の一方主面に形成された酸化膜が当該一方主面から剥離(リフトオフ)される。これにより、基板の一方主面に付着または形成されている異物(パーティクル、不純物、当該一方主面の剥れ等)を除去したり、基板の一方主面に形成されている傷(欠け、凹み等)を除去したりできる。酸化力の強いオゾンを用いるから基板の一方主面に多量の酸化膜を形成でき、これにより、多量の酸化膜を基板の一方主面から剥離できる。これにより、基板の一方主面の異物および/または傷を効率良く除去できる。
オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に実行されるブラシ洗浄工程では、基板の一方主面に洗浄ブラシが当接されられることにより、剥離された異物が洗浄ブラシにより掻き取られる。これにより、剥離後の酸化膜および異物を基板の一方主面から除去できる。
一方、オゾン含有フッ酸溶液供給工程では、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸によって、基板の一方主面が疎水化されるおそれがある。前記オゾン含有フッ酸溶液はフッ酸溶液を溶媒としているため、そのフッ酸濃度が低いこと、およびオゾン含有フッ酸溶液に含まれるオゾンの親水化作用により、オゾン含有フッ酸溶液に含まれるフッ酸による、基板の一方主面の疎水化は抑制されるものの、基板の一方主面に供給されるオゾン含有フッ酸溶液の供給流量や濃度によっては、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一方主面の少なくとも一部が疎水性を呈するおそれがある。したがって、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に引き続いてブラシ洗浄工程を行うと、洗浄ブラシにより掻き取られた異物が基板の一方主面に再付着するおそれがある。
しかしながら、本発明では、ブラシ洗浄工程の開始に先立ってまたはブラシ洗浄工程に並行して行われるオゾン水供給工程で、基板の一方主面にオゾン水が供給される。これにより、基板の一方主面の全域が親水化される。
したがって、オゾン含有フッ酸溶液供給工程の終了後に基板の一部が疎水性を呈していても、その後にオゾン水供給工程を行うことにより、当該疎水性を呈していた領域を親水性に変えることができる。
したがって、基板の一方主面の全域が親水化された状態で、ブラシ洗浄工程を行うことができ、これにより、洗浄ブラシを介した、基板の一方主面への異物の再付着を防止できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。 図2は、前記基板処理装置に備えられた処理ユニットの構成例を説明するための図解的な断面図である。 図3は、前記基板処理装置に備えられたスピンチャックのより具体的な構成を説明するための平面図である。 図4は、図3の構成の底面図である。 図5は、図3の切断面線V−Vから見た断面図である。 図6は、図5の構成の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図7は、スピンチャックに備えられた可動ピンの近傍の構成を拡大して示す断面図である。 図8は、FOMノズルの構成を示す図解的な断面図である。 図9は、洗浄ブラシの移動を説明するための図解的な平面図である。 図10は、前記基板処理装置の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。 図11は、前記基板処理装置によって実行される洗浄処理の一例を説明するための流れ図である。 前記洗浄処理の処理例を説明するための図解的な図である。 図12Bに続く工程を説明するための図解的な図である。 図12Dに続く工程を説明するための模式的な図である。 図13は、基板の外周部における、FOMおよび不活性ガスの流れを示す断面図である。 第1の洗浄試験の試験結果を示すグラフである。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る基板処理装置1の内部のレイアウトを説明するための図解的な平面図である。
基板処理装置1は、半導体ウエハ(半導体基板)からなる円板状の基板Wを、処理液や処理ガスによって一枚ずつ処理する枚葉式の装置である。基板処理装置1は、複数のキャリアCを保持するロードポートLPと、基板Wの姿勢を上下反転させる反転ユニットTUと、基板Wを処理する複数の処理ユニット2とを含む。ロードポートLPおよび処理ユニット2は、水平方向に間隔を空けて配置されている。反転ユニットTUは、ロードポートLPと処理ユニット2との間で搬送される基板Wの搬送経路上に配置されている。
基板処理装置1は、図1に示すように、さらに、ロードポートLPと反転ユニットTUとの間に配置されたインデクサロボットIRと、反転ユニットTUと処理ユニット2との間に配置されたセンターロボットCRと、基板処理装置1に備えられた装置の動作やバルブの開閉を制御する制御ユニット3とを含む。インデクサロボットIRは、ロードポートLPに保持されているキャリアCから反転ユニットTUに複数枚の基板Wを一枚ずつ搬送し、反転ユニットTUからロードポートLPに保持されているキャリアCに複数枚の基板Wを一枚ずつ搬送する。同様に、センターロボットCRは、反転ユニットTUから処理ユニット2に複数枚の基板Wを一枚ずつ搬送し、処理ユニット2から反転ユニットTUに複数枚の基板Wを一枚ずつ搬送する。センターロボットCRは、さらに、複数の処理ユニット2の間で基板Wを搬送する。
インデクサロボットIRは、基板Wを水平に支持するハンドH1を備えている。インデクサロボットIRは、ハンドH1を水平に移動させる。さらに、インデクサロボットIRは、ハンドH1を昇降させ、当該ハンドH1を鉛直軸線まわりに回転させる。同様に、センターロボットCRは、基板Wを水平に支持するハンドH2を備えている。センターロボットCRは、ハンドH2を水平に移動させる。さらに、センターロボットCRは、ハンドH2を昇降させ、当該ハンドH2を鉛直軸線まわりに回転させる。
キャリアCには、デバイス形成面である基板Wの表面Waが上に向けられた状態(上向き姿勢)で基板Wが収容されている。制御ユニット3は、インデクサロボットIRによって、表面Waが上向きの状態でキャリアCから反転ユニットTUに基板Wを搬送させる。そして、制御ユニット3は、反転ユニットTUによって、基板Wを反転させる。これにより、基板Wの裏面Wbが上に向けられる。その後、制御ユニット3は、センターロボットCRによって、裏面Wbが上向きの状態で反転ユニットTUから処理ユニット2に基板Wを搬送させる。そして、制御ユニット3は、処理ユニット2によって基板Wの裏面Wbを処理させる。
基板Wの裏面Wbが処理された後は、制御ユニット3は、センターロボットCRによって、裏面Wbが上向きの状態で処理ユニット2から反転ユニットTUに基板Wを搬送させる。そして、制御ユニット3は、反転ユニットTUによって基板Wを反転させる。これにより、基板Wの表面Waが上に向けられる。その後、制御ユニット3は、インデクサロボットIRによって、表面Waが上向きの状態で反転ユニットTUからキャリアCに基板Wを搬送させる。これにより、処理済みの基板WがキャリアCに収容される。制御ユニット3は、インデクサロボットIR等にこの一連動作を繰り返し実行させることにより、複数枚の基板Wを一枚ずつ処理させる。
図2は、基板処理装置1に備えられた処理ユニット2の構成例を説明するための図解的な断面図である。
処理ユニット2は、内部空間を有する箱形の処理チャンバー4と、処理チャンバー4内で一枚の基板Wを水平な姿勢で保持して、基板Wの中心を通る鉛直な回転軸線A1まわりに基板Wを回転させるスピンチャック(基板保持ユニット)5と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面(裏面(一方主面)Wb)に向けて、オゾン含有フッ酸溶液(以下、FOMという)およびオゾン水を選択的に吐出するためのFOMノズル6と、FOMノズル6にFOMおよびオゾン水を選択的に供給するためのFOM供給装置7と、スピンチャック5に保持されている基板Wの上面に水を供給するための水供給ユニット8と、基板Wの上面に接触して当該上面をスクラブ洗浄するための洗浄ブラシ10と、洗浄ブラシ10を駆動するための洗浄ブラシ駆動ユニット11と、スピンチャック5に保持されている基板Wの下面(表面(他方主面)Wa)に不活性ガス(保護気体)を供給するための保護気体供給ユニット12と、スピンチャック5を取り囲む筒状の処理カップ(図示しない)とを含む。FOMノズル6とFOM供給装置7とによって、FOM供給ユニットが構成されている。また、この実施形態では、FOMノズル6とFOM供給装置7とによって、オゾン水供給ユニットが構成されている。すなわち、FOM供給ユニットがオゾン水供給ユニットを兼ねている。
処理チャンバー4は、箱状の隔壁(図示しない)と、隔壁の上部から隔壁内(処理チャンバー4内に相当)に清浄空気を送る送風ユニットとしてのFFU(ファン・フィルタ・ユニット。図示しない)と、隔壁の下部から処理チャンバー4内の気体を排出する排気装置(図示しない)とを含む。FFUおよび排気装置により、処理チャンバー4内にダウンフロー(下降流)が形成される。
スピンチャック5は、鉛直方向に沿う回転軸線A1のまわりに回転可能な回転台107を備えている。回転台107の回転中心の下面にボス109を介して回転軸108が結合されている。回転軸108は、中空軸であって、鉛直方向に沿って延びており、回転駆動ユニット103からの駆動力を受けて、回転軸線A1まわりに回転するように構成されている。回転駆動ユニット103は、たとえば、回転軸108を駆動軸とする電動モータであってもよい。スピンチャック5は、さらに、回転台107の上面の周縁部に周方向に沿って間隔を開けて設けられた複数本(この実施形態では6本)の保持ピン110を備えている。保持ピン110は、ほぼ水平な上面を有する回転台107から一定の間隔を開けた上方の基板保持高さにおいて、基板Wを水平に保持するように構成されている。
スピンチャック5は、さらに、回転台107の上面と保持ピン110による基板保持高さとの間に配置された保護ディスク115を備えている。保護ディスク115は、回転台107に対して上下動可能に結合されており、回転台107の上面に近い下位置と、当該下位置よりも上方において保持ピン110に保持された基板Wの下面に微小間隔を開けて接近した接近位置との間で移動可能である。保護ディスク115は、基板Wよりも僅かに大径の大きさを有する円盤状の部材であって、保持ピン110に対応する位置には当該保持ピン110を回避するための切り欠きが形成されている。
回転軸108は、中空軸であって、その内部に、不活性ガス供給管170が挿通されている。不活性ガス供給管170の下端には不活性ガス供給源からの、保護気体の一例としての不活性ガスを導く不活性ガス供給路172が結合されている。不活性ガス供給路172に導かれる不活性ガスとして、CDA(低湿度の清浄空気)や窒素ガス等の不活性ガスを例示できる。不活性ガス供給路172の途中には、不活性ガスバルブ173および不活性ガス流量調整バルブ174が介装されている。不活性ガスバルブ173は、不活性ガス供給路172を開閉する。不活性ガスバルブ173を開くことによって、不活性ガス供給管170へと不活性ガスが送り込まれる。この不活性ガスは、後述する構成によって、保護ディスク115と基板Wの下面との間の空間に供給される。このように、不活性ガス供給管170、不活性ガス供給路172および不活性ガスバルブ173などによって、前述の保護気体供給ユニット12が構成されている。
図3は、基板処理装置1に備えられたスピンチャック5のより具体的な構成を説明するための平面図である。図4は、図3の構成の底面図である。図5は、図3の切断面線V−Vから見た断面図である。図6は、図5の構成の一部を拡大して示す拡大断面図である。図7は、スピンチャック5に備えられた可動ピン112の近傍の構成を拡大して示す断面図である。図8は、FOMノズル6の構成を示す図解的な断面図である。図9は、洗浄ブラシ10の移動を説明するための図解的な平面図である。
回転台107は、水平面に沿った円盤状に形成されていて、回転軸108に結合されたボス109に結合されている。複数本の保持ピン110は、回転台107の上面の周縁部に周方向に沿って等間隔に配置されている。保持ピン110は、回転台107に対して不動の固定ピン111と、回転台107に対して可動の可動ピン112とを含む。この実施形態では、隣り合って配置された2本の保持ピン110が可動ピン112とされている。保持ピン110は、図5および図7に示すように、それぞれ、回転台107に結合された下軸部151と、下軸部151の上端に一体的に形成された上軸部152とを含み、下軸部151および上軸部152がそれぞれ円柱形状に形成されている。上軸部152は、下軸部151の中心軸線から偏心して設けられている。下軸部151の上端と上軸部152の下端との間をつなぐ表面は、上軸部152から下軸部151の周面に向かって下降するテーパ面153を形成している。
可動ピン112は、図7に図解されている通り、下軸部151がその中心軸線と同軸の回転軸線112aまわりに回転可能であるように回転台107に結合されている。より詳細には、下軸部151の下端部には、回転台107に対して軸受け154を介して支持された支持軸155が設けられている。支持軸155の下端には、ピン駆動用永久磁石156を保持した磁石保持部材157が結合されている。ピン駆動用永久磁石156は、たとえば、磁極方向を可動ピン112の回転軸線112aに対して直交する方向に向けて配置されている。
保護ディスク115は、基板Wと同程度の大きさを有するほぼ円盤状の部材である。保護ディスク115の外周部には、保持ピン110に対応する位置に、保持ピン110の外周面から一定の間隔を確保して当該保持ピン110を縁取るように切り欠き116が形成されている。保護ディスク115の中央領域には、ボス109に対応した円形の開口が形成されている。
図3および図5に示すように、ボス109よりも回転軸線A1から遠い位置には、保護ディスク115の下面に、回転軸線A1と平行に鉛直方向に延びたガイド軸117が結合されている。ガイド軸117は、この実施形態では、保護ディスク115の周方向に等間隔を開けた3箇所に配置されている。より具体的には、回転軸線A1から見て、1本おきの保持ピン110に対応する角度位置に3本のガイド軸117がそれぞれ配置されている。ガイド軸117は、回転台107の対応箇所に設けられたリニア軸受け118と結合されており、このリニア軸受け118によって案内されながら、鉛直方向、すなわち回転軸線A1に平行な方向へ移動可能である。したがって、ガイド軸117およびリニア軸受け118は、保護ディスク115を回転軸線A1に平行な上下方向に沿って案内する案内ユニット119を構成している。
ガイド軸117は、リニア軸受け118を貫通しており、その下端に、外向きに突出したフランジ120を備えている。フランジ120がリニア軸受け118の下端に当接することにより、ガイド軸117の上方への移動、すなわち保護ディスク115の上方への移動が規制される。すなわち、フランジ120は、保護ディスクの上方への移動を規制する規制部材である。
ガイド軸117よりも回転軸線A1から遠い外方であって、かつ保持ピン110よりも回転軸線A1に近い内方の位置には、保護ディスク側永久磁石160を保持した磁石保持部材161が、保護ディスク115の下面に固定されている。保護ディスク側永久磁石160は、この実施形態では、磁極方向を上下方向に向けて磁石保持部材161に保持されている。たとえば、保護ディスク側永久磁石160は、下側にS極を有し、上側にN極を有するように磁石保持部材161に固定されていてもよい。磁石保持部材161は、この実施形態では、周方向に等間隔を開けて6箇所に設けられている。より具体的には、回転軸線A1から見て、隣り合う保持ピン110の間(この実施形態では中間)に対応する角度位置に、各磁石保持部材161が配置されている。さらに、回転軸線A1からみて6個の磁石保持部材161によって分割(この実施形態では等分)される6個の角度領域のうち、一つおきの角度領域内(この実施形態では当該角度領域の中央位置)に、3本のガイド軸117がそれぞれ配置されている。
図4に示すように、回転台107には、6個の磁石保持部材161に対応する6箇所に、貫通孔162が形成されている。各貫通孔162は、対応する磁石保持部材161をそれぞれ回転軸線A1と平行な鉛直方向に挿通させることができるように形成されている。保護ディスク115が下位置にあるとき、磁石保持部材161は貫通孔162を挿通して回転台107の下面よりも下方に突出しており、保護ディスク側永久磁石160は、回転台107の下面よりも下方に位置している。
図2に示すように、回転台107の下方には、昇降永久磁石125が配置されている。昇降永久磁石125には、当該昇降永久磁石125を昇降させる磁石昇降ユニット126が連結されている。磁石昇降ユニット126は、たとえば、上下方向に伸縮可能に設けられたシリンダを含む構成であり、当該シリンダによって支持されている。
昇降永久磁石125は、回転軸線A1と同軸の円環状に形成されていて、回転軸線A1に直交する平面(水平面)に沿って配置されている。昇降永久磁石125は、より具体的には、回転軸線A1に対して、保護ディスク側永久磁石160よりも遠く、かつピン駆動用永久磁石156よりも近い位置に配置されている。つまり、平面視において、円環状の昇降永久磁石125は、保護ディスク側永久磁石160とピン駆動用永久磁石156との間に位置している。また、昇降永久磁石125は、保護ディスク側永久磁石160よりも低い位置に配置されている。昇降永久磁石125の磁極方向は、この実施形態では、水平方向、すなわち回転台107の回転半径方向に沿っている。保護ディスク側永久磁石160が下面にS極を有する場合には、昇降永久磁石125は、回転半径方向内方に同じ磁極、すなわちS極をリング状に有するように構成される。
昇降永久磁石125が、リング状の磁極をピン駆動用永久磁石156に対して水平方向に対向させる上位置(図12A参照)に配置された状態では、昇降永久磁石125とピン駆動用永久磁石156との間に働く磁力によって、可動ピン112が保持位置へと駆動されて、その保持位置に保持されることになる。
可動ピン112は、回転軸線112aから偏心した位置に上軸部152を有している(図7参照)。したがって、下軸部151の回転により、上軸部152は、回転軸線A1から離れた遠い開放位置と、回転軸線A1に近づいた保持位置との間で変位することになる。可動ピン112の上軸部152は、ばね等の弾性押圧部材(図示しない)の弾性押圧力によって開放位置へと付勢されている。したがって、ピン駆動用永久磁石156が昇降永久磁石125からの吸引磁力を受けないときには、回転軸線A1から離れた開放位置に可動ピン112が位置している。
ピン駆動用永久磁石156は、昇降永久磁石125からの吸引磁力(弾性押圧部材による弾性押圧力を上回る磁力)を受けたときに、上軸部152が回転軸線A1に近づいた保持位置へと移動するように配置されている。昇降永久磁石125は回転軸線A1と同軸の円環状に形成されているので、可動ピン112の回転軸線A1まわりの回転位置によらずに、すなわち回転台107が回転中であっても、昇降永久磁石125とピン駆動用永久磁石156との間の吸引磁力が保持され、それによって、可動ピン112は基板Wを保持する保持位置に保持される。
一方、昇降永久磁石125が上位置(図12A参照)にあるとき、昇降永久磁石125と保護ディスク側永久磁石160との間に反発磁力が働き、保護ディスク側永久磁石160は、上向きの外力を受ける。それによって、保護ディスク115は、保護ディスク側永久磁石160を保持している磁石保持部材161から上向きの力を受けて、基板Wの下面に接近した処理位置に保持される。
昇降永久磁石125が、上位置(図12A参照)から下方に離間する下位置(図12B等参照)に配置された状態では、昇降永久磁石125と保護ディスク側永久磁石160との間の反発磁力は小さく、そのため、保護ディスク115は、自重によって回転台107の上面に近い下位置に保持される。また、昇降永久磁石125がピン駆動用永久磁石156に対向しないので、可動ピン112には、当該可動ピン112をその保持位置へと付勢する外力が働かない。
そのため、昇降永久磁石125が下位置にあるとき、保護ディスク115は回転台107の上面に近い下位置にあり、可動ピン112はその開放位置に保持されることになる。この状態では、スピンチャック5に対して基板Wを搬入および搬出するセンターロボットCRは、そのハンドH2を保護ディスク115と基板Wの下面との間の空間に進入させることができる。
保護ディスク側永久磁石160と、昇降永久磁石125と、磁石昇降ユニット126とは、永久磁石125,160の間の反発力によって保護ディスク115を回転台107の表面から上方へと浮上させて処理位置へと導く磁気浮上ユニット141を構成している。また、ピン駆動用永久磁石156と、昇降永久磁石125と、磁石昇降ユニット126とは、永久磁石125,156の間の磁力によって可動ピン112をその保持位置に保持する磁気駆動ユニット142を構成している。
すなわち、磁気浮上ユニット141および磁気駆動ユニット142は、昇降永久磁石125と、磁石昇降ユニット126とを共有している。そして、昇降永久磁石125が上位置にあるときに、昇降永久磁石125と保護ディスク側永久磁石160との間の磁気反発力によって保護ディスク115が接近位置に保持され、かつ昇降永久磁石125とピン駆動用永久磁石156との間の磁気吸引力によって可動ピン112がその保持位置に保持される。
図6に拡大して示すように、回転軸108の上端に結合されたボス109は、不活性ガス供給管170の上端部を支持するための軸受けユニット175を保持している。軸受けユニット175は、ボス109に形成された凹所176に嵌め込まれて固定されたスペーサ177と、スペーサ177と不活性ガス供給管170との間に配置された軸受け178と、同じくスペーサ177と不活性ガス供給管170との間において軸受け178よりも上方に設けられた磁性流体軸受け179とを備えている。
図5に示すように、ボス109は、水平面に沿って外方に突出したフランジ181を一体的に有しており、このフランジ181に回転台107が結合されている。さらに、フランジ181には、回転台107の内周縁部を挟み込むように前述のスペーサ177が固定されていて、このスペーサ177に、カバー184が結合されている。カバー184は、ほぼ円盤状に形成されており、不活性ガス供給管170の上端を露出させるための開口を中央に有し、この開口を底面とした凹所185がその上面に形成されている。凹所185は、水平な底面と、その底面の周縁から外方に向かって斜め上方に立ち上がった倒立円錐面状の傾斜面183とを有している。凹所185の底面には、整流部材186が結合されている。整流部材186は、回転軸線A1のまわりに周方向に沿って間隔を開けて離散的に配置された複数個(たとえば4個)の脚部187を有し、この脚部187によって凹所185の底面から間隔をあけて配置された底面188を有している。底面188の周縁部から、外方に向かって斜め上方へと延びた倒立円錐面からなる傾斜面189が形成されている。
図5および図6に示すように、カバー184の上面外周縁には外向きにフランジ184aが形成されている。このフランジ184aは、保護ディスク115の内周縁に形成された段差部115aと整合するようになっている。すなわち、保護ディスク115が基板Wの下面に接近した接近位置にあるとき、フランジ184aと段差部115aとが合わさり、カバー184の上面と保護ディスク115の上面とが同一平面内に位置して、平坦な不活性ガス流路を形成する。
このような構成により、不活性ガス供給管170の上端から流出する不活性ガスは、カバー184の凹所185内において整流部材186の底面188によって区画された空間に出る。この不活性ガスは、さらに、凹所185の傾斜面183および整流部材186の傾斜面189によって区画された放射状の流路182を介して、回転軸線A1から離れる放射方向に向かって吹き出されることになる。この不活性ガスは、保護ディスク115と保持ピン110によって保持された基板Wの下面との間の空間に不活性ガスの気流を形成し、当該空間から基板Wの回転半径方向外方へ向かって吹き出す。
図5に示すように、保護ディスク115の上面の外周部および保護ディスク115の周端は、円環状のカバー191によって保護されている。カバー191は、上面の外周部から径方向外方に向けて水平方向に張り出す円環板部192と、円環板部192の周端から垂下する円筒部193とを含む。円環板部192の外周は、回転台107の周端よりも外方に位置している。円環板部192および円筒部193は、たとえば、耐薬性を有する樹脂材料を用いて一体に形成されている。円環板部192の内周の、保持ピン110に対応する位置には、該保持ピン110を回避するための切り欠き194が形成されている。切り欠き194は、保持ピン110の外周面から一定の間隔を確保して当該保持ピン110を縁取るように形成されている。円環板部192および円筒部193は、たとえば、耐薬性を有する樹脂材料を用いて一体に形成されている。
カバー191の円環板部192は、保持ピン110によって保持された基板Wの外周部において不活性ガスの流路を絞る絞り部190(図13参照)を上面に有している。これらの絞り部190によって、カバー191と基板Wの下面との間の空間から外方に吹き出される不活性ガス流の流速が高速になるので、基板Wの上面の処理液(FOM)が基板Wの下面側へ進入することを確実に回避または抑制することができる。
図2に示すように、FOMノズル6は、たとえば、連続流の状態でFOMおよびオゾン水を選択的に吐出するストレートノズルであり、基板Wの上面に垂直な方向に処理液を吐出する垂直姿勢で、水平方向に延びるノズルアーム21の先端部に取り付けられている。なお、FOMノズル6は、吐出口よりも内方(回転軸線A1側)の位置にFOMまたはオゾン水が着液するように基板Wの上面に対して傾いた吐出方向にFOMまたはオゾン水が吐出される内向き姿勢でノズルアーム21に保持されていてもよいし、吐出口よりも外方(回転軸線A1とは反対側)の位置にFOMまたはオゾン水が着液するように基板Wの上面に対して傾いた吐出方向にFOMまたはオゾン水を吐出する外向き姿勢でノズルアーム21に保持されていてもよい。ノズルアーム21には、ノズル移動ユニット22が結合されている。
ノズル移動ユニット22は、揺動軸線(図示しない)まわりにノズルアーム21を回動させることにより、平面視で基板Wの上面の中央部を通る軌跡に沿ってFOMノズル6を水平に移動させる。ノズル移動ユニット22は、FOMノズル6から吐出されたFOMまたはオゾン水が基板Wの上面に着液する処理位置と、FOMノズル6が平面視でスピンチャック5の周囲に設定されたホーム位置との間で、FOMノズル6を水平に移動させる。さらに、ノズル移動ユニット22は、FOMノズル6から吐出されたFOMまたはオゾン水が基板Wの上面の中央部に着液する中央位置と、FOMノズル6から吐出されたFOMまたはオゾン水が基板Wの上面外周部に着液する周縁位置との間で、FOMノズル6を水平に移動させる。中央位置および周縁位置は、いずれも処理位置である。
FOM供給装置7は、FOMノズル6に接続され、希フッ酸供給源(図示しない)からの希フッ酸が供給されるフッ酸配管23と、オゾン水供給源(たとえばオゾン発生装置を含む構成。図示しない)からのオゾン水が供給されるオゾン水配管24とを含む。
フッ酸配管23の途中部には、フッ酸配管23を開閉するためのフッ酸バルブ25、およびフッ酸流量調整バルブ26が介装されている。フッ酸バルブ25は、制御ユニット3による制御により開閉される。図示はしないが、フッ酸流量調整バルブ26は、弁座が内部に設けられたバルブボディと、弁座を開閉する弁体と、開位置と閉位置との間で弁体を移動させるアクチュエータとを含む。他の流量調整バルブについても同様である。
オゾン水配管24の途中部には、オゾン水配管24を開閉するためのオゾン水バルブ27と、オゾン水配管24の開度を調整して、オゾン水配管24の流通流量を調整するオゾン水流量調整バルブ28とが介装されている。FOMノズル6にはオゾン水がオゾン水配管24を通して供給される。
図8に示すように、FOMノズル6は、略円筒状をなすケーシング31を備える。FOMノズル6は、ケーシング31の中心軸線が鉛直方向に延びる鉛直姿勢で、ノズルアーム21(図2参照)に取り付けられている。ケーシング31は、第1の円筒部38と、第1の円筒部38よりも小径でかつ第1の円筒部38と同軸の円筒形状の第2の円筒部39とを備える。第2の円筒部39が第1の円筒部38よりも小径であるので、第2の円筒部39内の内部の流路断面は、第1の円筒部38の流路断面よりも小面積である。第1の円筒部38および第2の円筒部39は鉛直方向に沿う内壁を有している。
ケーシング31の第1の円筒部38の下部分には、希フッ酸を導入するためのフッ酸導入口32と、オゾン水を導入するためのオゾン水導入口33とが形成されている。フッ酸導入口32およびオゾン水導入口33の位置関係は、図8に示すように、フッ酸導入口32がオゾン水導入口33よりも上方に配置されていてもよいし、その逆であってもよい。
フッ酸バルブ25(図2参照)およびオゾン水バルブ27(図2参照)が開かれると、フッ酸配管23からの希フッ酸が、フッ酸導入口32から混合室35へと供給されるとともに、オゾン水配管24からのオゾン水が、オゾン水導入口33から混合室35へと供給される。混合室35に流入した希フッ酸およびオゾン水は、混合室35の下部分において十分に混合(攪拌)される。この混合によって、希フッ酸とオゾン水とが均一に混ざり合い、フッ酸およびオゾンの混合液(FOM)が生成される。ケーシング31の第2の円筒部39の先端(下端)には、生成されたFOMを外部空間36に向けて吐出するための吐出口37を有している。混合室35において生成されたFOMは、第2の円筒部39の内部を通って、吐出口37から吐出される。これにより、簡単な構成で、FOMノズル6からFOMを吐出できる。
また、FOMノズル6の内部でフッ酸溶液とオゾン水とを混合するので、混合直後(生成直後)のオゾン含有フッ酸溶液を、FOMノズル6から吐出できる。フッ酸溶液に溶解されたオゾンは、溶解直後から分解を開始するのであるが、混合直後(生成直後)のFOMをFOMノズル6から吐出できるので、オゾンの分解が進んでいないFOMを、基板Wに供給できる。
図2に示すように、水供給ユニット8は水ノズル41を含む。水ノズル41は、たとえば、連続流の状態で液を吐出するストレートノズルであり、スピンチャック5の上方で、その吐出口を基板Wの上面の中央部に向けて固定的に配置されている。水ノズル41には、水供給源からの水が供給される水配管42が接続されている。水配管42の途中部には、水ノズル41からの水の供給/供給停止を切り換えるための水バルブ43が介装されている。水バルブ43が開かれると、水配管42から水ノズル41に供給された連続流の水が、水ノズル41の下端に設定された吐出口から吐出される。また、水バルブ43が閉じられると、水配管42から水ノズル41への水の供給が停止される。水は、たとえば脱イオン水(DIW)である。DIWに限らず、炭酸水、電解イオン水、水素水、オゾン水および希釈濃度(たとえば、10ppm〜100ppm程度)の塩酸水のいずれかであってもよい。
なお、水ノズル41は、それぞれ、スピンチャック5に対して固定的に配置されている必要はなく、たとえば、スピンチャック5の上方において水平面内で揺動可能なアームに取り付けられて、このアームの揺動により基板Wの上面における水の着液位置がスキャンされる、いわゆるスキャンノズルの形態が採用されてもよい。
洗浄ブラシ10は、たとえばPVA(ポリビニルアルコール)からなるスポンジ状のスクラブ部材であり、円柱状をなしている。洗浄ブラシ10は、その下面に、平坦状の洗浄面10aを有している。洗浄面10aが、基板Wの上面と接触する接触面として機能する。
洗浄ブラシ駆動ユニット11は、洗浄ブラシ10を先端部に保持する揺動アーム47と、揺動アーム47を駆動するためのアーム駆動ユニット48とを含む。アーム駆動ユニット48は、揺動アーム47を、鉛直方向に延びる揺動軸線A2回りに揺動させたり、揺動アーム47を上下動させたりすることができるように構成されている。この構成により、基板Wがスピンチャック5に保持されて回転しているときに、洗浄ブラシ10を、基板Wの上方の位置と、スピンチャック5の側方に設定されたホーム位置との間で水平に移動させることができる。
さらに、洗浄ブラシ10の洗浄面10aを基板Wの上面(裏面Wb)に押し付け、洗浄ブラシ10の押付け位置を、図9に示すように、基板Wの中央部(図9にて実線で示す位置)と、基板Wの外周部(図9にて二点鎖線で示す)との間で基板Wの半径方向に移動(スキャン)させることもできる。
このスクラブ洗浄の際に、水ノズル41から水(たとえば純水(deionized Water:脱イオン水))が供給されることによって、基板Wの裏面Wbの異物が取れやすくなり、また、洗浄ブラシ10によって擦り落とされた異物を基板W外へと排出することができる。
図10は、基板処理装置1の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。
制御ユニット3は、予め定められたプログラムに従って、回転駆動ユニット103、ノズル移動ユニット22、アーム駆動ユニット48、磁石昇降ユニット126等の動作を制御する。さらに、制御ユニット3は、フッ酸バルブ25、フッ酸流量調整バルブ26、オゾン水バルブ27、オゾン水流量調整バルブ28、水バルブ43、不活性ガスバルブ173、不活性ガス流量調整バルブ174等の開閉動作等を制御する。
図11は、処理ユニット2によって実行される洗浄処理の一例を説明するための流れ図である。図12A〜12Fは、洗浄処理の処理例を説明するための図解的な図である。図13は、基板Wの外周部における、FOMおよび不活性ガスの流れを示す断面図である。
図1、図2〜図7および図11を参照しながら説明する。また、図12A〜12Fおよび図13については適宜参照する。また、基板Wの裏面Wbの外周部は、たとえば、直径300mmの基板Wの裏面Wbにおいて、当該基板Wの周縁に沿う幅10mm程度の環状領域である。
処理ユニット2は、たとえば、アニール装置や成膜装置等の前処理装置で処理された後の基板W(以下、「未洗浄基板」とい場合がある。)Wを洗浄対象としている。基板Wの一例として円形のシリコン基板を挙げることができる。基板Wは、大型基板(たとえば、外径300(mm)の円形基板)であってもよい。処理ユニット2は、基板Wにおける表面Wa(他方主面。デバイス形成面)と反対側の裏面Wb(一方主面。デバイス非形成面)を、洗浄するための枚葉式の洗浄処理ユニットである。
処理ユニット2に搬入される基板Wの裏面Wbは、シリコン基板Wのベアシリコン面である。シリコン対象面は、ポリシリコンおよびアモルファスシリコンの少なくとも一つを含んでいてもよい。この実施形態では、基板Wの裏面Wbには、たとえば前処理装置におけるチャック痕(たとえば、静電チャックによるチャック痕)が形成されている。このチャック痕は、基板Wの裏面Wbにおける欠け、凹み等の傷や、当該裏面Wbの部分的な剥れ等を含む。このチャック痕は、基板Wの裏面Wbの全域に形成されている。処理ユニット2は、基板Wの裏面Wbに形成されているチャック痕を洗浄により除去する。また、この洗浄処理は、基板Wの裏面Wbからチャック痕を完全に除去するまでを目的としておらず、大部分のチャック痕を基板Wの裏面Wbから除去(チャック痕を大まかに除去)することを、その目的としている。
また、この実施形態では、基板Wの表面Waに、メタル層Mが形成されている。メタル層Mは、Cu、TiN、WおよびAlの少なくとも一つを含む。基板Wの表面Waにメタル層Mが形成されているために、基板Wの表面Waに水を供給することができない。したがって、基板Wの裏面Wbを薬液処理する薬液処理中(たとえばオゾン含有フッ酸溶液供給工程(以下、「FOM供給工程」という)T6)に、基板Wの表面Waを水等の保護液によって保護することができない(カバーリンスできない)。
未洗浄基板Wが収容されたキャリアCは、前処理装置から基板処理装置1に搬送され、ロードポートLPに載置される。キャリアCには、基板Wの表面Waを上に向けた状態で基板Wが収容されている。制御ユニット3は、インデクサロボットIRによって、表面Waが上向きの状態でキャリアCから反転ユニットTUに基板Wを搬送させる。そして、制御ユニット3は、搬送されてきた基板Wを、反転ユニットTUによって反転させる(T1:基板反転)。これにより、基板Wの裏面Wbが上に向けられる。その後、制御ユニット3は、センターロボットCRのハンドH2によって、反転ユニットTUから基板Wを取り出し、その裏面Wbを上方に向けた状態で処理ユニット2内に搬入させる(ステップT2)。処理ユニット2内に搬入された未洗浄基板Wは、スピンチャック5に受け渡され、挟持部材18が挟持姿勢に切り換えられることにより、スピンチャック5に保持される(基板保持工程)。図12Aに示すように、基板Wは、その表面Waを下方に向け、かつその裏面Wbを上方に向けた状態でスピンチャック5に保持される。
基板Wの搬入に先立って、FOMノズル6は、スピンチャック5の側方に設定されたホーム位置に退避させられている。また、洗浄ブラシ10も、スピンチャック5の側方に設定されたホーム位置に退避させられている。また、昇降永久磁石125は下位置に配置されており、そのため昇降永久磁石125は回転台107から下方に大きく離れているので、昇降永久磁石125と保護ディスク側永久磁石160との間に働く反発磁力は小さい。そのため、保護ディスク115は回転台107の上面に近接した下位置に位置している。よって、保持ピン110による基板保持高さと保護ディスク115の上面との間には、センターロボットCRのハンドH2が入り込むことができる十分な空間が確保されている。また、昇降永久磁石125は回転台107から下方に大きく離れているために、ピン駆動用永久磁石156が昇降永久磁石125からの吸引磁力を受けず、これにより、可動ピン112は開放位置に保持されている。
センターロボットCRのハンドH2は、保持ピン110の上端よりも高い位置で基板Wを保持した状態で当該基板Wをスピンチャック5の上方まで搬送する。その後、センターロボットCRのハンドH2は、回転台107の上面に向かって下降する。その過程において、基板Wが、センターロボットCRのハンドH2から保持ピン110に渡される。センターロボットCRのハンドH2は、基板Wの表面Wa(下面)と保護ディスク115との間の空間まで下降し、その後、保持ピン110の間を通ってスピンチャック5の側方へと退避していく。
次に、制御ユニット3は、磁石昇降ユニット126を制御して、昇降永久磁石125を上位置まで上昇させる(ステップT3)。昇降永久磁石125が上位置へと上昇する過程で、昇降永久磁石125が保護ディスク側永久磁石160に下方から接近して、それらの永久磁石125,160の間の距離が縮まり、それに応じて、それらの間に働く反発磁力が大きくなる。この反発磁力によって、保護ディスク115が回転台107の上面から基板Wに向かって浮上する。そして、昇降永久磁石125が上位置に達するときまでに、保護ディスク115が基板Wの表面Wa(下面)に微小間隔を開けて接近した接近位置に達し、ガイド軸117の下端に形成されたフランジ120がリニア軸受け118に当接する。これにより、保護ディスク115は、前記接近位置に保持されることになる。それによって、可動ピン112が開放位置から保持位置へと駆動されて、その保持位置に保持される。こうして、固定ピン111および可動ピン112によって基板Wが握持される。
この状態で、制御ユニット3は不活性ガスバルブ173を開き、図12Bに示すように、不活性ガスの供給を開始する(T4:保護気体供給工程)。供給された不活性ガスは、不活性ガス供給管170の上端から吐出され、整流部材186等の働きによって、接近位置にある保護ディスク115と基板Wの表面Wa(下面)との間の狭空間に向かって、回転軸線A1を中心とした放射状に吹き出される。この不活性ガスは、図13に示すように、さらに、保護ディスク115の周縁部に配置されたカバー191の円環板部192に形成された絞り部190(第1の段部190aおよび第2の段部190b)と基板Wの外周部との間に形成されるオリフィスによって加速され、基板Wの側方に高速な吹き出し気流を形成する。この実施形態では、不活性ガス供給管170の上端からの、不活性ガスの吐出流量を、大流量(たとえば180(リットル/分))に設けている。
その後、制御ユニット3は、さらに、回転駆動ユニット103を制御して、回転台107の回転を開始し、これによって、図12Cに示すように基板Wを回転軸線A1まわりに回転させる(ステップT5)。基板Wの回転速度は、予め定める液処理速度(300〜1500rpmの範囲内で、たとえば500rpm)まで上昇させられ、その液処理速度に維持される。
基板Wの回転速度が液処理速度に達した後、制御ユニット3は、FOMを基板Wの裏面Wbに供給するFOM供給工程(ステップT6)を行う。FOM供給工程(T6)では、制御ユニット3は、ノズル移動ユニット22を制御することにより、FOMノズル6をホーム位置から中央位置に移動させる。これにより、FOMノズル6が基板Wの中央部の上方に配置される。FOMノズル6が基板Wの上方に配置された後、制御ユニット3は、フッ酸バルブ25および水バルブ43を同時に開く。これにより、フッ酸配管23の内部を流通する希フッ酸がFOMノズル6に供給されると共に、オゾン水配管24を流通するオゾン水がFOMノズル6に供給される。そして、FOMノズル6のケーシング内において希フッ酸とオゾン水とが混合され、FOMが生成される。そのFOMが、図12Cに示すように、FOMノズル6の吐出口から吐出され、基板Wの裏面Wbの中央部に着液する。基板Wの裏面Wbの中央部に供給されたFOMは、基板Wの回転による遠心力を受けて、基板Wの裏面Wbを外周部に向けて放射状に広がる。そのため、基板Wの裏面Wbの全域にFOMが行き渡らせることができ、換言すると、基板Wの裏面Wbの全域にフッ酸およびオゾンを行き渡らせることができる。その結果、図12Cに示すように、基板Wの裏面Wb全域を覆うFOMの液膜LF2が基板W上に形成される。
基板Wの裏面WbにFOMが供給されると、FOMに含まれるオゾンの酸化作用により、シリコン基板である基板Wの裏面Wbにシリコン酸化膜が形成される。また、FOMに含まれるフッ酸の酸化膜エッチング作用により、基板Wの裏面Wbに形成されたシリコン酸化膜が当該裏面Wbから剥離(リフトオフ)される。これにより、基板Wの裏面Wbに形成されている傷(欠け、凹み等)が除去される。加えて、基板Wの裏面Wbから異物(パーティクル、不純物、当該基板Wの裏面Wbの剥れ等)も除去される。すなわち、基板Wの裏面Wbを洗浄できる。
また、洗浄薬液としてFOMを用いる場合には、洗浄薬液としてSC1を用いる場合と比較して、基板Wの裏面Wbに形成されるシリコン酸化膜の量を多くすることができ、したがって、高いエッチング性能(異物除去性能)を発揮する。加えて、FOMに含まれるオゾン水は、SC1に含まれる過酸化水素と比較して、ランニングコストが低い。これにより、洗浄処理に要するコストの低減を図ることができる。
FOM供給工程(T6)に並行して、基板Wの表面Waが不活性ガス(保護気体)によって保護されている。不活性ガス供給管170からの不活性ガスの吐出流量は前述のように大流量に設けられているために、不活性ガス供給管170から基板Wの裏面Wbに供給されるFOMの流量が小流量である場合には、基板Wの表面WaへのFOMの回り込みはない。
しかしながら、FOM供給工程(T6)におけるFOMの供給流量が多いと、FOMが基板Wの表面Waに形成される気流に逆らって基板Wの表面Waに回り込むおそれがある。そのため、FOM供給工程(T6)におけるFOMの供給流量には制約がある。
FOM供給工程(T6)におけるFOMの供給流量は、0.5(リットル/分)以上1.0(リットル/分)以下であることが好ましい。この場合、基板Wの表面WaへのFOMの回り込みを防止できる。また、当該吐出流量は、0.8(リットル/分)以下であることがさらに好ましく、この場合、基板Wの表面WaへのFOMの回り込みを、より一層確実に防止できる。
FOMノズル6から吐出されるFOMのフッ酸濃度は、0.093wt.%以上0.221wt.%以下である。より望ましくは、0.093wt.%以上0.221wt.%以下である。
FOMノズル6から吐出されるFOMのオゾン濃度は、22.5ppm以上67.2ppm以下である。より望ましくは、22.5ppm以上42.0ppm以下である。オゾン濃度が42.0ppmを超すと、FOMに大量の気泡が含まれるため、基板処理に適さない。また、FOMのオゾン濃度が42.0ppmを超すと、PFA配管からなるオゾン水配管24の管壁を透過して、オゾンがオゾン水配管24から露出するおそれがある。さらに、オゾンの濃度が高くなるにつれて、オゾンの毒性が高くなる。吐出されるFOMのオゾン濃度が42.0ppmを超すことは、安全面の観点から望ましくない。
すなわち、疎水化作用を有するフッ酸を含む薬液で基板Wの裏面Wbを処理する場合、当該薬液に含まれるフッ酸の働きによって基板Wの裏面Wbが疎水化されるおそれがある。具体的には、フッ酸溶液に溶解されたオゾンは、溶解直後から分解を開始するため、回転状態にある基板Wの裏面Wbの中央部に向けてFOMを吐出する場合、FOMの吐出流量および/またはFOMのオゾン濃度によっては、FOM供給工程(T6)中に、基板Wの裏面Wbの外周部にまでオゾンが届かないおそれがある。この場合、基板Wの裏面Wbの外周部に達したフッ酸により、基板Wの裏面Wbの外周部が疎水性を呈するおそれがある。とくに、基板Wの裏面Wbに供給されるFOMのフッ酸濃度が高い場合には、基板Wの裏面Wbの外周部に専らフッ酸が届くことにより、基板Wの裏面Wbの外周部が疎水性を呈する可能性が高くなる。
とくに、この実施形態では、基板Wの裏面Wbを保護液ではなく保護気体によって保護しており、そのため、FOM供給工程(T6)において、FOMが基板Wの表面Wa側に回り込まないように、FOMの供給流量には制約(上限)がある。このようなFOMの供給流量に制約がある状況では、FOM供給工程(T6)の終了時において、基板Wの裏面Wbの外周部が疎水性を呈するおそれが高い。
そして、基板Wの裏面Wbの外周部が疎水性を呈している状態で洗浄ブラシ10によるスクラブが実行されると、洗浄ブラシ10を介して基板Wの裏面Wbの外周部に異物が再付着し、そのために、洗浄処理後において、基板Wの裏面Wbの外周部にパーティクルが円環状に形成される外周モードが生じるおそれがある。
FOMの吐出開始から予め定めるFOM処理時間が経過すると、FOM供給工程(T6)が終了する。FOM供給工程(T6)の終了に引き続いて、オゾン水を基板Wに供給するオゾン水供給工程(ステップT7)が行われる。
具体的には、制御ユニット3は、基板Wの裏面Wbの中央部の上方にFOMノズル6を配置したまま、オゾン水バルブ27を開いた状態に維持しつつフッ酸バルブ25だけを閉じる。これにより、オゾン水だけがFOMノズル6に供給される。FOMノズル6に供給されたオゾン水は、FOMノズル6のケーシング内を通って、図12Dに示すように、FOMノズル6の吐出口から吐出される。そのオゾン水が、液処理速度で回転している基板Wの裏面Wbの中央部に着液する。すなわち、FOMノズル6から基板Wの裏面Wbの中央部に向けて吐出される処理液が、FOMからオゾン水に切り換わる(中央部オゾン水吐出工程)。
基板Wの裏面Wbの中央部に着液したオゾン水は、基板Wの周縁に向かって基板W上を外方に流れる。基板W上のFOMがオゾン水に置換され、やがて、基板Wの裏面Wb全域が、オゾン水の液膜LF4によって覆われる。これにより、基板Wの裏面Wbの全域にオゾン水が供給され、当該全域が親水化される。FOM供給工程(T6)において基板Wの裏面Wbの外周部が疎水化された場合であっても、当該疎水化された領域(外周部)を、親水性に変えることができる。
オゾン水供給工程(T7)において基板Wの裏面Wbに供給されるオゾン水のオゾン濃度は50ppm以上である。そのため、基板Wの裏面Wbの全域を、良好に親水化できる。また、オゾン水供給工程(T7)における、オゾン水の吐出流量は、できるだけ多い方が望ましいが、オゾン水の表面Wa側への回り込みを防止するためには、たとえば0.8(リットル/分)以下であることが望ましい。
前述のように、FOM供給工程(T6)の終了時には、基板Wの裏面Wbの外周部が疎水化されているおそれがある。しかしながら、基板Wの裏面Wbの全域をオゾン水により親水化することにより、疎水化された裏面Wbの外周部を親水化することができる。
FOMノズル6からのオゾン水の吐出開始から予め定めるオゾン水供給時間が経過すると、制御ユニット3は、オゾン水バルブ27を閉じて、FOMノズル6からのオゾン水の吐出を停止させる。オゾン水供給時間は、5秒以上であることが好ましく、この場合には、基板Wの裏面Wbの全域(外周部を含む)を良好に疎水化できる。また、制御ユニット3は、FOMノズル6を中央位置からホーム位置に移動させる。これにより、FOMノズル6が基板Wの上方から退避させられる。
オゾン水供給工程(T7)の終了に引き続いて、リンス液である水が基板Wの裏面Wbに供給開始される(ステップT8)。
具体的には、制御ユニット3は、図12Eに示すように、水バルブ43を開いて、基板Wの裏面Wbの中央部に向けて水ノズル41から水を吐出させる。水ノズル41から吐出された水は、オゾン水によって覆われている基板Wの裏面Wbの中央部に着液する。基板Wの裏面Wbの中央部に着液した水は、基板Wの回転による遠心力を受けて基板Wの裏面Wb上を基板Wの外周部に向けて流れ、基板Wの裏面Wbの全域へと広がる。そのため、基板W上のオゾン水が、水によって外方に押し流され、基板Wの周囲に排出される。これにより、基板W上のオゾン水の液膜LF4が、基板Wの裏面Wb全域を覆う水の液膜LF3に置換される。
水ノズル41の水の吐出開始から、予め定める時間(基板W上のオゾン水の液膜LF4が水の液膜LF3に置換するのに十分な期間)が経過すると、制御ユニット3は、アーム駆動ユニット48を制御して、図12Fに示すように、洗浄ブラシ10による基板Wの裏面Wbのスクラブ洗浄を実行する(T9:ブラシ洗浄工程)。これにより、基板Wの裏面Wbに対して、水を供給しながら洗浄ブラシ10によるスクラブ洗浄が行われる。具体的には、制御ユニット3は、アーム駆動ユニット48を制御して、揺動アーム47を揺動軸線A2周りに揺動させて、洗浄ブラシ10をホーム位置から基板Wの上方へ配置させるとともに、洗浄ブラシ10を降下させて、洗浄ブラシ10の洗浄面10aを基板Wの裏面Wbに押し付ける。そして、制御ユニット3は、アーム駆動ユニット48を制御して、洗浄ブラシ10の押付け位置を、基板Wの中央部(図9にて実線で示す位置)と、基板Wの外周部(図9にて二点鎖線で示す)との間で移動(スキャン)させる。これにより、洗浄ブラシ10の押付け位置が基板Wの裏面Wbの全域を走査し、基板Wの裏面Wbの全域が洗浄ブラシ10によりスクラブされる。基板Wの中央部から外周部への、洗浄ブラシ10の往動には、たとえば6.5秒間要する。ブラシ洗浄工程(T9)では、FOM供給工程(T6)で剥離された異物が、洗浄ブラシ10によるスクラブによりにより掻き取られる。そして、洗浄ブラシ10により掻き取られた異物は、水により洗い流される。これにより、剥離された異物を基板Wの裏面Wbから除去できる。
リンス工程(T8,T9)において基板Wの裏面Wbに供給される水の吐出流量は、できるだけ大流量である方が望ましいが、水の表面Wa側への回り込みを防止するためには、たとえば0.8(リットル/分)以下であることが望ましい。
また、この実施形態では、洗浄ブラシ10によって基板Wの周縁にごく近い位置まで洗浄できるように揺動アーム47のスキャン幅が設定されている。
ところで、基板Wの裏面Wbが疎水性を呈している状態で、基板Wの裏面Wbを洗浄ブラシ10でスクラブすると、洗浄ブラシ10により掻き取られた異物が、疎水化している裏面Wbに移り、当該裏面Wbに付着するおそれがある。すなわち、洗浄ブラシ10を介して基板Wの裏面Wbに再付着するおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、ブラシ洗浄工程(T9)に先立ってオゾン水供給工程(T7)を実行している。したがって、ブラシ洗浄工程(T9)の開始時に、基板Wの裏面Wbの全域が親水性に保持されており、これにより、FOM供給工程(T6)において、洗浄ブラシ10を介した基板Wの裏面Wbへの異物の再付着が発生しない。
よって、ブラシ洗浄工程(T9)では、当該基板Wの表面Waへの異物の再付着を回避または抑制しながら、基板Wの裏面Wbに対するブラシ洗浄(スクラブ洗浄)を実行できる。
洗浄ブラシ10の往動が予め定める回数(たとえば4回)行われた後、制御ユニット3は、アーム駆動ユニット48を制御して、洗浄ブラシ10をスピンチャック5の上方からホーム位置に戻す。また、制御ユニット3は、水バルブ43を閉じて、水ノズル41からの水の吐出を停止させる。制御ユニット3は、保護液バルブ45を閉じて、不活性ガス供給管170からの保護気体(不活性ガス)の吐出を停止させる。これにより、ブラシ洗浄工程(T9)が終了する。
FOM供給工程(T6)およびブラシ洗浄工程(T9)を連続して行うことにより、基板Wの裏面Wbの全域からチャック痕の大半を除去できる。これにより、一連の洗浄処理の次工程(たとえば露光工程)における歩留まりを向上させることができる。
次に、基板Wを乾燥させるスピンドライ工程(ステップT10)が行われる。具体的には、制御ユニット3は、回転駆動ユニット17を制御することにより、FOM供給工程(T6)からブラシ洗浄工程(T9)までの回転速度よりも大きい乾燥回転速度(たとえば数千rpm)まで基板Wを加速させ、乾燥回転速度で基板Wを回転させる。これにより、大きな遠心力が基板W上の液体に加わり、基板Wに付着している液体が基板Wの周囲に振り切られる。このようにして、基板Wから液体が除去され、基板Wが乾燥する。
たとえば、基板Wの処理対象面(すなわち基板Wの裏面Wb)が疎水性を呈している状態で、基板Wに対しスピンドライ工程が施されると、スピンドライ工程中に当該処理対象面を水滴が移動する結果、基板処理不良の発生するおそれがある。
これに対しこの実施形態では、FOM供給工程(T6)の後にオゾン水供給工程(T7)が実行されているため、基板Wの裏面Wbが親水性を呈している状態で、基板Wにスピンドライ工程(T10)が実行される。これにより、スピンドライ工程(T10)における基板処理不良の発生を抑制または防止できる。
そして、基板Wの高速回転が開始されてから所定時間が経過すると、制御ユニット3は、回転駆動ユニット17を制御することにより、スピンチャック5による基板Wの回転を停止させる(ステップT11)。
そして、制御ユニット3は、磁石昇降ユニット126を制御することにより、昇降永久磁石125を下方位置へと下降させる(ステップT12)。これにより、昇降永久磁石125と保護ディスク側永久磁石160との間の距離が広がり、それらの間の磁気反発力が減少していく。それに伴い、保護ディスク115は、回転台107の上面に向かって降下していく。これにより、保護ディスク115の上面と基板Wの表面Wa(下面)との間には、センターロボットCRのハンドH2を進入させることができるだけの空間が確保される。一方、昇降永久磁石125がピン駆動用永久磁石156に対向しなくなるので、可動ピン112を保持位置へと付勢する外力が失われ、弾性押圧部材(図示しない)からの弾性押圧力を受けて、可動ピン112は開放位置へと付勢されることになる。これによって、基板Wの握持が解除される。
次に、処理チャンバー4内から基板Wが搬出される(ステップT13)。具体的には、制御ユニット3は、全てのノズル等がスピンチャック5の上方から退避している状態で、センターロボットCRを制御し、ハンドH2を保護ディスク115と基板Wの表面Wa(下面)との間に確保された空間に進入させる。そして、ハンドH2は、保持ピン110に保持されている基板Wをすくい取り、その後に、スピンチャック5の側方へと退避する。これにより、洗浄処理済みの基板Wが処理チャンバー4から搬出される。
制御ユニット3は、センターロボットCRのハンドH2によって、洗浄処理済みの基板Wを反転ユニットTUに搬送させる。そして、制御ユニット3は、搬送されてきた基板Wを、反転ユニットTUによって反転させる(ステップT14)。これにより、基板Wの表面Waが上に向けられる。その後、制御ユニット3は、インデクサロボットIRのハンドH1によって、反転ユニットTUから基板Wを取り出し、洗浄処理済みの基板Wを、その表面Waを上に向けた状態でキャリアCに収容する。洗浄処理済みの基板Wが収容されたキャリアC、基板処理装置1から、露光装置等の後処理装置に向けて搬送される。
以上により、この実施形態によれば、FOM供給工程(T6)の後ブラシ洗浄工程(T9)の開始に先立って、基板Wの裏面Wbにオゾン水を供給するオゾン水供給工程(T7)が実行される。
FOM供給工程(T6)では、基板Wの裏面WbにFOMが供給され、FOMに含まれるオゾンの酸化作用により、シリコン基板である基板Wの裏面Wbにシリコン酸化膜が形成される。また、FOMに含まれるフッ酸の酸化膜エッチング作用により、基板Wの裏面Wbに形成されたシリコン酸化膜が当該裏面Wbから剥離(リフトオフ)される。これにより、基板Wの裏面Wbから異物(パーティクル、不純物、当該基板Wの裏面Wbの剥れ等)を除去したり、基板Wの裏面Wbに形成されている傷(欠け、凹み等)を除去したりできる。酸化力の強いオゾンを用いるから基板Wの裏面Wbに多量の酸化膜を形成でき、これにより、多量の酸化膜を基板Wの裏面Wbから剥離できる。これにより、基板Wの裏面Wbの異物および/または傷を効率良く除去できる。
また、ブラシ洗浄工程(T9)の開始に先立って、基板Wの裏面Wbにオゾン水を供給するオゾン水供給工程(T7)が実行される。したがって、FOM供給工程(T6)の終了後に基板Wの裏面Wbの外周部が疎水性を呈していても、FOM供給工程(T6)後にオゾン水供給工程(T7)を行うことにより、当該疎水性を呈していた領域を親水化できる。そのため、ブラシ洗浄工程(T9)の開始時には、基板Wの裏面Wbの全域が親水性を呈しており、したがって、基板Wの裏面Wbの全域が親水化された状態でブラシ洗浄工程(T9)を行うことができる。これにより、ブラシ洗浄工程(T9)において、洗浄ブラシ10を介した、基板Wの裏面Wbへの異物の再付着を防止できる。
FOM供給工程(T6)では、基板Wの裏面Wbの外周部にオゾンが行き渡らない結果、基板Wの裏面Wbの外周部の洗浄効率(洗浄レート)が低下するおそれがある。オゾン水供給工程(T7)では、一旦疎水化された領域を、オゾン水の供給により酸化させ、当該領域を親水化させる働きがあるが、FOMを供給しないので、基板Wの裏面Wbの処理は進まない。したがって、この一連の洗浄処理では、基板Wの裏面Wbの外周部に、洗浄残りが発生するおそれがある。
しかしながら、前述のように、この洗浄処理は、大部分のチャック痕を基板Wの裏面Wbから除去(チャック痕を大まかに除去)することを目的としているため、少量であれば、基板Wの裏面Wbの外周部に洗浄残りがあっても、特段の問題はない。
また、オゾン水供給工程(T7)において基板Wの裏面Wbに供給されるオゾン水のオゾン濃度が50ppm以上である。そのため、基板Wの裏面Wbの全域を、良好に親水化できる。これにより、基板Wの裏面Wbの全域が親水化された状態で、ブラシ洗浄工程(T9)を行うことができる。
また、FOM供給工程(T6)とブラシ洗浄工程(T9)とが互いに並行して実行されず、基板Wに供給されたFOMが水に置換された後に、洗浄ブラシを用いたスクラブ洗浄が実行される。そのため、FOMに含まれるフッ酸やオゾンによって、洗浄ブラシ10が腐食されることを防止でき、これにより、洗浄ブラシ10の長寿命化を図ることができる。
また、基板Wの裏面Wbへのオゾン水の供給を、FOM供給工程(T6)の後ではなく、FOM供給工程(T6)の実行に先立って行うことも考えられる。しかしながら、この場合には、FOM供給工程(T6)の開始時において、基板Wの裏面Wb上にオゾン水の存在のために、基板Wの裏面Wb上に供給されたFOMのフッ酸濃度およびオゾン濃度をそれぞれ所期の濃度に保つことが困難である。すなわち、基板Wの裏面Wb上に供給されたFOMの濃度バランスを適正に保つことが困難である。
<第1の洗浄試験>
次に、第1の洗浄試験について説明する。第1の洗浄試験では、合計11個の試料に対し、下記の実施例1、実施例2または比較例の態様の洗浄試験を行った。
実施例1:静電チェックのチャック痕が処理対象面(非デバイス形成面)に形成されたベアシリコンウエハ(直径300mm)Wを試料として採用し、洗浄薬液としてFOMを処理対象面に供給した。実施例1では、ウエハWの処理対象面に対し図11に示す洗浄処理と同等の処理を施した。このとき、FOM供給工程(T6)において処理対象面に供給されるFOMのフッ酸濃度は0.093wt.%であり、当該FOMのオゾン濃度は43.75ppmであり、当該FOMの供給流量は、0.8(リットル/分)である。また、オゾン水供給工程(T7)において処理対象面に供給されるオゾン水のオゾン濃度は50ppmであり、当該オゾン水の供給流量は、0.8(リットル/分)である。次に述べる図14の試料1(No.1〜試料3(No.3)が、実施例1に相当する試料である。
実施例2:静電チェックのチャック痕が処理対象面(非デバイス形成面)に形成されたベアシリコンウエハ(直径300mm)Wを試料として採用し、洗浄薬液としてFOMを処理対象面に供給した。実施例2では、図11に示す洗浄処理からステップT7の工程を削除した処理を、ウエハWに対して施した。このとき、FOM供給工程(T6)において処理対象面に供給されるFOMのフッ酸濃度は0.093wt.%であり、当該FOMのオゾン濃度は50ppmであり、当該FOMの供給流量は、0.8(リットル/分)である。次に述べる図14の試料4(No.4)〜試料9(No.9)が、実施例2に相当する試料である。
比較例:静電チェックのチャック痕が処理対象面(非デバイス形成面)に形成されたベアシリコンウエハ(直径300mm)Wを試料として採用し、洗浄薬液としてSC1を処理対象面に供給した。比較例では、図11に示す洗浄処理からステップT7の工程を削除し、かつ洗浄薬液としてFOMに代えてSC1を用いた処理を、ウエハWに対して施した。次に述べる図14の試料10(No.10)および試料11(No.11)が、比較例に相当する試料である。
そして、試料1(No.1)〜試料11(No.11)の各試料について、洗浄処理によるパーティクル除去率を調べた。当該除去率は、洗浄処理によりウエハWの処理対象面上から減少したパーティクルの数を、当該処理対象面上に洗浄処理前に存在するパーティクルの数で除した値である。その結果を図14に示す。
図14から、洗浄薬液としてFOMを用いた実施例では、洗浄薬液としてFOMを用いた比較例と比較して、洗浄処理によるパーティクル除去率が著しく向上していることがわかる。
<第2の洗浄試験>
また、本願発明者らは、オゾン水供給工程(T7)を追加すれば、外周モードの発生を抑制でき、その結果洗浄効率が向上するのはないかと考えている。それを検証するために第2の洗浄試験を行った。
第2の洗浄試験では、静電チェックのチャック痕が処理対象面(非デバイス形成面)に形成されたベアシリコンウエハ(直径300mm)Wを試料として採用し、第2の実施形態に係る図11に示す洗浄処理からステップT7の工程を削除した処理を、ウエハWに対して施した。このとき、FOM供給工程(T6)において処理対象面に供給されるFOMは、フッ酸濃度1.106wt.%(フッ酸と水との体積比1:50)の希釈フッ酸とオゾン水とを、1:7の割合で混合させて生成する。このときのFOMのフッ酸濃度は、0.138wt.%である。また、オゾン水供給工程(T7)における、処理対象面に供給されるオゾン水のオゾン濃度は50ppmであり、当該オゾン水の供給流量は、0.7(リットル/分)である。また、ブラシ洗浄工程(T9)における水(DIW)の供給流量は500(ミリリットル/分)である。
そして、オゾン水供給工程(T7)の実行時間を、2秒間および5秒間で異ならせ、洗浄後のウエハWの処理対象面を目視で観察した。
オゾン水供給工程(T7)の実行期間が2秒間である場合には、ウエハWの処理対象面に外周モードが発生していた。一方、オゾン水供給工程(T7)の実行期間が5秒間である場合には、外周モードの発生が見られなかった。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、オゾン水供給工程(T7)を、FOM供給工程(T6)の後ブラシ洗浄工程(T9)の開始に先立って実行するものとして説明したが、オゾン水供給工程(T7)を、ブラシ洗浄工程(T9)の開始に先立って実行してもよい。換言すると、FOM供給工程(T6)に次いで、オゾン水を供給しながら洗浄ブラシ10を基板Wの裏面Wbにスクラブさせるようにしてもよい。この場合、洗浄ブラシ10の材質として、PVAでなく、PTFEを用いることが望ましい。PTFEは、オゾン水に対する耐性を有しているので、オゾン水による洗浄ブラシ10の腐食を抑制または防止できる。
また、FOM供給工程(T6)において、基板Wの裏面Wbの中央部にFOMを着液させる構成を例に挙げて説明したが、FOM供給工程(T6)の実行に並行して、基板Wの裏面Wbに対するFOMの着液位置を中央部と外周部との間で移動させて、FOMの着液位置を基板Wの裏面Wbの全域を走査させるようにしてもよい。
また、FOM供給工程(T6)において、基板Wを回転させなくてもよい。また、ブラシ洗浄工程(T9)において、基板Wを回転させずに、洗浄ブラシ10を移動させることにより、基板Wに対する洗浄ブラシ10の押付け位置を、基板Wの面内で移動させるようにしてもよい。
また、前述の洗浄処理において、基板Wの裏面Wbにフッ酸を供給するフッ酸供給工程を、FOM供給工程(T6)の前および/または後に、追加してもよい。この実施形態では、制御ユニット3が、オゾン水バルブ27を開いた状態に維持しつつフッ酸バルブ25だけを閉じることにより、FOMノズル6の吐出口37からオゾン水を吐出することができる。
フッ酸供給工程の第1の例として、基板Wの回転開始(T5)後、FOM供給工程(T6)の前に実行されるフッ酸供給工程を例示できる。
また、フッ酸供給工程の第2の例として、FOM供給工程(T6)の終了後、オゾン水供給工程(T7)の前に実行されるフッ酸供給工程を例示できる。
さらに、フッ酸供給工程の第3の例として、基板Wの回転開始(T5)後FOM供給工程(T6)の前にフッ酸供給工程を実行すると共に、FOM供給工程(T6)の終了後オゾン水供給工程(T7)の前にフッ酸供給工程を実行する場合を例示できる。
フッ酸供給工程によって、基板Wの裏面Wbに形成されているシリコン酸化膜を除去できる。また、この場合、フッ酸供給工程の実行により、基板Wの裏面Wbが疎水化されるのであるが、フッ酸供給工程の後に必ずオゾン水供給工程(T7)が実行されており、そのオゾン水供給工程(T7)において、基板Wの裏面Wbが親水化される。そのため、疎水化されている基板Wの裏面Wbに洗浄ブラシ10によるスクラブ処理が施されることがないから、ブラシ洗浄工程(T9)において基板Wの裏面Wbに異物が再付着するおそれがない。また、基板Wの裏面Wbが疎水化された状態のまま乾燥されることがないから、スピンドライ工程(T10)において基板処理不良の発生を抑制または防止できる。
また、前述の実施形態では、FOM供給ユニットとして、希フッ酸およびオゾン水の混合をFOMノズル6の内部で行うノズル混合タイプのものを例に挙げて説明したが、FOMノズル6の上流側に配管を介して接続された混合部を設け、この混合部において、希フッ酸とオゾン水との混合が行われる配管混合タイプのものを採用してもよい。
また、希フッ酸とオゾン水とを混合させてFOMを生成させる手法に限られず、希フッ酸にオゾンを直接溶解させることにより、FOMを生成させるようにしてもよい。
また、希フッ酸を吐出する希フッ酸ノズルと、オゾン水を吐出するオゾン水ノズルとを設け、希フッ酸ノズルからの希フッ酸と、オゾン水ノズルからのオゾン水とを基板Wの裏面Wb上で混合させることによりFOMを生成させてもよい。
また、前述の実施形態では、FOM供給ユニットをオゾン水供給ユニットと兼用させるようにしたが、オゾン水供給ユニットをFOM供給ユニットと別に設けてもよい。この場合、オゾン水を吐出するオゾン水ノズルを、FOMノズル6とは別に設け、オゾン水供給工程(T7)において、オゾン水ノズルからのオゾン水を基板Wの裏面Wbに供給させるようにしてもよい。
この場合、オゾン水ノズルを、その吐出口が基板Wの裏面Wbの外周部を向くように配置し、オゾン水供給工程(T7)において、オゾン水ノズルから基板Wの裏面Wbの外周部に向けてオゾン水を吐出するようにしてもよい(外周部オゾン水吐出工程)。この場合、基板Wの裏面Wbの外周部に向けて吐出されたオゾン水は、基板Wの回転により、基板Wの裏面Wbの外周部の全域に供給される。これにより、基板Wの裏面Wbの外周部を効率良く親水化でき、これにより、ブラシ洗浄工程(T9)における、基板Wの裏面Wbへの異物の再付着を抑制または防止できる。
また、処理対象面の反対面を保護液で保護する構成を廃止してもよい。
また、一連の洗浄処理が、基板Wの裏面Wbの異物の除去、とくに裏面Wbに形成されるチャック痕の除去であるとして説明したが、一連の洗浄処理が、チェック痕だけでなく、膜剥れや微小スクラッチ等を含む欠陥を除去することを目的とするものであってもよい。
また、処理対象面が、基板(シリコン基板)Wのベアシリコン面であるとして説明したが、シリコン対象面は、ベアシリコン面に限られず、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜のいずれかを含んでいてもよい。
また、処理対象面が、基板Wの裏面(デバイス非形成面)Wbであるとして説明したが、基板Wの表面(デバイス形成面)Waを処理対象面としてもよい。この場合、処理対象面は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属膜(たとえばチタンナイトライド等)を含む。また、この場合において、一連の洗浄処理は、異物の除去に限られず、金属の除去、膜中に埋設された不純物の除去を目的とする。
また、処理対象面が、基板Wの上面であるとして説明したが、基板Wの下面を処理対象面としてもよい。
また、基板処理装置1が円板状の半導体基板を処理する装置である場合について説明したが、基板処理装置1は、液晶表示装置用ガラス基板などの多角形の基板を処理する装置であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。
1 :基板処理装置
2 :処理ユニット
3 :制御ユニット
4 :処理チャンバー
5 :スピンチャック
6 :FOMノズル(オゾン含有フッ酸溶液供給ユニット)
7 :FOM供給装置(オゾン含有フッ酸溶液供給ユニット)
8 :水供給ユニット
10 :洗浄ブラシ
10a :洗浄面
21 :ノズルアーム
22 :ノズル移動ユニット
23 :フッ酸配管
24 :オゾン水配管
25 :フッ酸バルブ
26 :フッ酸流量調整バルブ
27 :オゾン水バルブ
28 :オゾン水流量調整バルブ
47 :揺動アーム
48 :アーム駆動ユニット
103 :回転駆動ユニット
107 :回転台
110 :保持ピン
111 :固定ピン
112 :可動ピン
115 :保護ディスク
170 :不活性ガス供給管
172 :不活性ガス供給路
173 :不活性ガスバルブ
174 :不活性ガス流量調整バルブ
190 :絞り部
190a :第1の段部
190b :第2の段部
191 :カバー
192 :円環板部
193 :円筒部
M :メタル層
W :基板
Wa :表面
Wb :裏面

Claims (15)

  1. 基板保持手段に基板を保持させる基板保持工程と、
    前記基板保持手段に保持されている前記基板の一方主面に、フッ酸溶液にオゾンが溶解したオゾン含有フッ酸溶液を供給するオゾン含有フッ酸溶液供給工程と、
    前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に、前記基板の前記一方主面に洗浄ブラシを接触させることにより、当該一方主面を洗浄するブラシ洗浄工程と、
    前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後前記ブラシ洗浄工程の開始に先立って、前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するオゾン水供給工程を含む、基板処理方法。
  2. 前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程は、前記基板保持手段に保持されている前記基板の前記一方主面の中央部に向けてオゾン含有フッ酸溶液を吐出する工程を含み、
    前記基板処理方法は、
    前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程に並行して、前記基板を所定の回転軸線まわりに回転させる基板回転工程をさらに含む、請求項1に記載の基板処理方法。
  3. 前記オゾン水供給工程は、前記基板の前記一方主面の中央部に向けてオゾン水を吐出する中央部オゾン水吐出工程を含む、請求項に記載の基板処理方法。
  4. 前記オゾン水供給工程は、前記基板の前記一方主面の外周部に向けてオゾン水を吐出する外周部オゾン水吐出工程を含む、請求項に記載の基板処理方法。
  5. 前記オゾン水供給工程において前記基板の前記一方主面に供給される前記オゾン水のオゾン濃度は、50ppm以上である、請求項1〜のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程と並行して、他方主面への前記オゾン含有フッ酸溶液の回り込みを防止または抑制すべく、前記他方主面に保護流体を供給する保護流体供給工程をさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記保護流体供給工程において前記他方主面に供給された保護流体が流れる流路が、前記基板保持手段に保持されている前記基板の外周部において絞られている、請求項6に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板は半導体基板を含み、
    前記基板の前記他方主面は、デバイスを形成するためのデバイス形成面であり、
    前記基板の前記一方主面は、前記デバイスが形成されないデバイス非形成面である、請求項6または7に記載の基板処理方法。
  9. 前記デバイス形成面は、メタル層を含む、請求項8に記載の基板処理方法。
  10. 前記保護流体供給工程は、前記他方主面に保護気体を供給する保護気体供給工程を含む、請求項〜9のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  11. 前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程において前記基板の前記一方主面に供給される前記オゾン含有フッ酸溶液の吐出流量は、0.5(リットル/分)以上1.0(リットル/分)以下である、請求項10に記載の基板処理方法。
  12. 前記基板保持工程は、前記基板を水平姿勢に保持させる工程を含み、
    前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程は、前記基板の上面に前記オゾン含有フッ酸溶液を吐出する工程を含み、
    前記ブラシ洗浄工程は、前記基板の前記上面を洗浄する工程を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  13. 前記基板の前記一方主面は、シリコン成分を含むシリコン含有面を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  14. 前記基板の前記一方主面は、チタンナイトライドを含むチタンナイトライド含有面を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  15. 基板を保持する基板保持手段と、
    前記基板保持手段に保持されている前記基板の一方主面に、フッ酸溶液にオゾンが溶解したオゾン含有フッ酸溶液を供給するためのオゾン含有フッ酸溶液供給ユニットと、
    前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するためのオゾン水供給ユニットと、
    前記一方主面に接触して当該一方主面を洗浄するための洗浄ブラシと、
    前記洗浄ブラシを駆動するための洗浄ブラシ駆動ユニットと、
    前記オゾン含有フッ酸溶液供給ユニット、前記オゾン水供給ユニットおよび前記洗浄ブラシ駆動ユニットを制御して、前記基板の前記一方主面に前記オゾン含有フッ酸溶液を供給するオゾン含有フッ酸溶液供給工程と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後に、前記基板の前記一方主面に前記洗浄ブラシを接触させることにより、当該一方主面を洗浄するブラシ洗浄工程と、前記オゾン含有フッ酸溶液供給工程の後前記ブラシ洗浄工程の開始に先立って、前記基板の前記一方主面にオゾン水を供給するオゾン水供給工程とを実行する制御ユニットとを含む、基板処理装置。
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